大型實(shí)時(shí)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò )為運營(yíng)者帶來(lái)了嚴峻的挑戰。隨著(zhù)節點(diǎn)數量的激增，所涉及的工程的復雜性和成本也會(huì )相應增加。這些挑戰往往需要向集成異構協(xié)議格局的需求妥協(xié)。而被稱(chēng)為時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò )（TSN）的以太網(wǎng)標準擴展與OPC UA相結合，有望讓這一切得到實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。目前許多測試平臺正在測試OPC UA TSN的實(shí)現。

OPC UA……正在走向實(shí)時(shí)

近十五年來(lái)，工業(yè)制造依靠各種專(zhuān)有的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議來(lái)實(shí)現快速，可靠的通信。在這段時(shí)間里，工廠(chǎng)和設備的運營(yíng)商經(jīng)常需要面對這樣的任務(wù)，即，把大量雜亂無(wú)章的協(xié)議整合進(jìn)統一的網(wǎng)絡(luò )中?！斑@是一項非常耗時(shí)且成本高昂的任務(wù)?！必惣尤R開(kāi)放式自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)理Sebastian Sachse說(shuō)道，“如果所有的機器都用同一種語(yǔ)言說(shuō)話(huà)，情況會(huì )好很多?！?/p>

除了不同的協(xié)議之外，制造商還必須應對快速增長(cháng)的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數量。配置大型實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)繁瑣的過(guò)程，往往會(huì )超出工程工具的極限。而對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的實(shí)施來(lái)說(shuō)，具有數百個(gè)現場(chǎng)節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )將變得越來(lái)越普遍。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟

2014年3月，AT＆T，思科，通用電氣，英特爾和IBM等五家公司組成了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）。這是一個(gè)非營(yíng)利組織，其目標之一是定義參考體系結構和框架，以使互操作性成為可能。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是IIC處理的主要議題之一。其他領(lǐng)域包括醫療保健，交通和金融。IIC不是自己制定標準，而是與IEEE，IETF，AVNU聯(lián)盟和OPC基金會(huì )等組織合作。

TSN測試平臺

“就工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)而言，IIC在一個(gè)方向進(jìn)展非常值得關(guān)注：那就是TSN測試平臺。 ” Sachse指出，“我們需要的是，使機器和工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )更加模塊化、靈活且更易于使用的技術(shù) - 而且市場(chǎng)上大多數人一致認為OPC UA TSN就是這種技術(shù)?！痹贠PC基金會(huì )大力推動(dòng)OPC UA開(kāi)發(fā)的同時(shí)， IIC大量參與了TSN的實(shí)現。

貝加萊很早就認識到TSN的潛力，并加入IIC的共同推動(dòng)該項技術(shù)的發(fā)展?！霸撀?lián)盟是第一個(gè)在現實(shí)條件下開(kāi)始測試TSN的組織?！盨achse解釋道。自那時(shí)以來(lái)，貝加萊自動(dòng)化專(zhuān)家一直通過(guò)參與TSN測試平臺來(lái)幫助推進(jìn)技術(shù)，評估OPC UA TSN原型與其他成員的互操作性。截至2017年5月，聯(lián)盟成員包括：貝加萊、博世力士樂(lè )、施耐德電氣、美國國家儀器、庫卡、德國西克、思科、英特爾、百通/赫思曼、德國赫優(yōu)訊、瑞薩電子、ADI、TTTech和賽靈思。另外還有其他的參與者，包括：Calnex、Ixia、ISW斯圖加特大學(xué)和菲尼克斯電氣。

核心TSN功能的連續測試

TSN是以太網(wǎng)標準的延伸，并帶來(lái)了許多改進(jìn)，使以太網(wǎng)具有實(shí)時(shí)性。測試平臺成員先后專(zhuān)門(mén)對三個(gè)核心功能進(jìn)行了測試，包括：時(shí)間同步、流量調度（精確定時(shí)發(fā)送數據包和幀）以及使用中央網(wǎng)絡(luò )配置器（CNC）進(jìn)行自動(dòng)化系統的配置。

根據TSN標準：802.1AS-Rev，實(shí)現實(shí)時(shí)工業(yè)通信的TSN的基本要求是進(jìn)行時(shí)間同步。該TSN標準包括精確時(shí)間協(xié)議（PTP）的定義，該協(xié)議同步網(wǎng)絡(luò )中所有設備的時(shí)鐘。在測試設置中，PTP的精度要求在100納秒以?xún)?，超出了預期。

在測試平臺的插件中評估的第二個(gè)核心TSN功能是在IEEE 802.1Qbv的數據分組和幀的傳輸。時(shí)間感知調度程序確保對實(shí)時(shí)要求嚴格的數據始終進(jìn)行優(yōu)先排序，以避免其受到一般網(wǎng)絡(luò )流量的影響。

動(dòng)態(tài)配置

初始插件中使用的網(wǎng)絡(luò )具有靜態(tài)配置。目前的測試正在檢驗IEEE 802.1Qcc中定義的動(dòng)態(tài)配置。當一個(gè)新的設備被添加到網(wǎng)絡(luò )中時(shí)，它會(huì )向中央網(wǎng)絡(luò )配置器提請注冊，中央網(wǎng)絡(luò )配置器會(huì )為它建立與其他設備的連接，并相應地重新配置網(wǎng)絡(luò )。

TSN的各個(gè)組成部分完美地協(xié)同工作 - 不僅在理論上，而且在現實(shí)的測試中 - 都將實(shí)現使用標準以太網(wǎng)組件的實(shí)時(shí)通信。TSN測試平臺目前由兩個(gè)體系組成，一個(gè)位于德克薩斯州奧斯汀的美國國家儀器，另一個(gè)位于德國埃爾巴赫的博世力士樂(lè )。2017年4月，德國協(xié)會(huì )實(shí)驗室網(wǎng)絡(luò )工業(yè)4.0（LNI 4.0）宣布計劃與奧格斯堡的Mittelstand 4.0能力中心合作建立自己的TSN測試平臺。Mittelstand 4.0是德國支持德國中小企業(yè)數字化轉型的舉措。

該團隊設想可以通過(guò)卡車(chē)運輸的移動(dòng)演示。雖然他們的方法不同，但IIC和LNI 4.0共同的目標是：100％的互操作性。這兩項舉措之間的合作已經(jīng)在規劃中。 貝加萊還將參與LNI測試平臺。

即插即生產(chǎn)

“IIC測試平臺清楚地表明了創(chuàng )新周期如何縮短?！盨achse說(shuō)道。這個(gè)測試平臺的準備工作在兩年前才開(kāi)始，第一個(gè)核心功能已經(jīng)達到了技術(shù)成熟度?！皩τ谝粋€(gè)全新的技術(shù)來(lái)說(shuō)，速度非?？??！?/p>

市場(chǎng)正在發(fā)生根本性轉變。過(guò)去，控制系統供應商曾經(jīng)試圖通過(guò)自己的通信技術(shù)來(lái)凸顯自己的特點(diǎn)?！澳切┤兆右呀?jīng)成為過(guò)去，”Sachse說(shuō)道。OPC UA TSN將作為控制器層以上無(wú)縫通信的統一標準。

隨著(zhù)新獲得的互操作性，所謂調試將僅僅是插入網(wǎng)絡(luò )電纜這么簡(jiǎn)單?！皻g迎來(lái)到即插即生產(chǎn)的時(shí)代，”Sachse微笑著(zhù)說(shuō)。

“我們需要的是使機器和工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )更加模塊化，靈活且更易于使用的技術(shù) - 而且市場(chǎng)上大多數人一致認為OPC UA TSN就是這種技術(shù)?！?——貝加萊開(kāi)放式自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)理Sebastian Sachse

OPC UA TSN使機器和工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )更加模塊化，靈活且易于使用。

貝加萊開(kāi)放式自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)理Sebastian Sachse

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機構的創(chuàng )新驅動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團的一個(gè)業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導者，貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶(hù)提供機器與工廠(chǎng)自動(dòng)化、運動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標準如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強大的Automation Studio軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。貝加萊保持持續的創(chuàng )新精神，為客戶(hù)提供更為簡(jiǎn)化以及超出預期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。